WO2023282452A1 - Virtual organoid generation method - Google Patents

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WO2023282452A1
WO2023282452A1 PCT/KR2022/006454 KR2022006454W WO2023282452A1 WO 2023282452 A1 WO2023282452 A1 WO 2023282452A1 KR 2022006454 W KR2022006454 W KR 2022006454W WO 2023282452 A1 WO2023282452 A1 WO 2023282452A1
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WO
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virtual
organoid
unit
ellipsoid
generating
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PCT/KR2022/006454
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French (fr)
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Inventor
양지훈
송의정
곽태환
이시영
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주식회사 넥스트앤바이오
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    • G06T19/20Editing of 3D images, e.g. changing shapes or colours, aligning objects or positioning parts
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
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    • G06T15/08Volume rendering
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    • G06T2207/00Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/30Subject of image; Context of image processing
    • G06T2207/30004Biomedical image processing
    • G06T2207/30024Cell structures in vitro; Tissue sections in vitro

Definitions

  • the present invention relates to virtual data generation, and more particularly, to a method for generating virtual organoid data.
  • Organoids also called 'organoids' or 'similar organs', are organ-specific cell aggregates produced by aggregating and recombining cells isolated from stem cells or organ-derived cells through a three-dimensional culture method. Organoids include specific cells of an organ to be modeled, reproduce specific functions of an organ, and can be spatially organized in a form similar to that of an actual organ.
  • patient-derived tumor organoids can express the characteristics of cancer cells and tissues of patients as they are and reproduce the genetic mutation characteristics of cancer tissues of patients. Recently, high-throughput screening techniques have been developed that combine much more stable and physiological patient-derived organoids for use in early drug discovery programs and toxicity screens.
  • Organoids that can be used in cell therapy, biotissue engineering, new drug development, toxicology, and precision medicine require a large amount of analysis data on organoids to increase their utilization.
  • Organoids that can be used in cell therapy, biotissue engineering, new drug development, toxicology, and precision medicine require a large amount of analysis data on organoids to increase their utilization.
  • a large amount of training data is required.
  • Patent Document 1 Patent Publication No. 10-2020-0081295, 2020.07.07
  • An object of the present specification is to provide a method for generating virtual organoids having various shapes and characteristics.
  • An object of the present specification is to provide a method for capturing virtual organoids capable of obtaining the same effects as image data obtained by capturing actual organoids.
  • the method for generating virtual organoids according to the present specification to solve the above problems is a method for generating organoids in a virtual 3-dimensional space, wherein a processor (a) generates random numbers, and units as many as the number according to the generated random numbers. generating an ellipsoid; (b) setting and arranging the center point of each unit ellipsoid generated in step (a) at arbitrary coordinates in a three-dimensional space; (c) generating as many cavity ellipsoids as the number of unit ellipsoids whose center points exist inside each unit ellipsoid; (d) generating lump data by removing the set of common ellipsoids from the set of unit ellipsoids; (e) converting the chunk data into voxel data according to a preset resolution; and (f) randomly arranging cells with respect to the voxel.
  • the step (a) may be a step of generating a diameter length and a rotation angle with respect to three orthogonal axes with the center point of each unit ellipsoid as the origin using random numbers.
  • step (b) may be a step of arranging the center point so that the boundary of each unit ellipsoid exists in a virtual 3D space.
  • the step (c) may be a step of generating a diameter length and a rotation angle with respect to three mutually orthogonal axes with the center point of each hollow ellipsoid as an origin using random numbers.
  • step (f) may include (f-1) setting a probability that a cell exists in each voxel; and (f-2) determining whether or not to place cells according to the set cell existence probability for each voxel.
  • the step (f-1) when two or more different cells exist, the step (f-1) may be a step of setting a probability such that only one of the two or more cells exists in each voxel.
  • the virtual organoid generation method according to the present specification may further include (g) assigning characteristic values to the arranged cells.
  • the step (g) may be a step of assigning at least one characteristic value among the cell size, shape, and staining degree.
  • the virtual organoid generation method according to the present specification may be implemented in the form of a computer program written to perform each step of the virtual organoid generation method in a computer and recorded on a computer-readable recording medium.
  • An apparatus for generating organoids according to the present specification for solving the above problems is a device for generating organoids in a virtual three-dimensional space, generating random numbers, generating as many unit ellipsoids as the number according to the generated random numbers, Arrange the center point of each unit ellipsoid by setting arbitrary coordinates in the 3D space, create as many joint ellipsoids as the number of unit ellipsoids whose center point exists inside each unit ellipsoid, and create the joint ellipsoid in the set of unit ellipsoids and a processor generating chunk data by removing a set of v, converting the chunk data into voxel data according to a preset resolution, and randomly arranging cells with respect to the voxel.
  • the method for generating captured image data using a virtual organoid is a method for generating captured image data using a virtual organoid generated in a virtual 3-dimensional space, wherein the processor (a) setting a position of a light source in a virtual 3D space; (b) setting a focal plane in a virtual 3-dimensional space; (c) calculating the brightness and sharpness of each cell in the virtual organoid in consideration of the position of the light source and the position of the focal plane; and (d) generating captured image data of the virtual organoid reflecting the brightness and sharpness of the calculated cells.
  • step (a) may be a step of setting the light source to be located at the upper end of the virtual organoid in the Z-axis direction from the central region.
  • step (b) may be a step of setting the focal plane to be located within the boundary surface of the virtual organoid.
  • the step (b) may be a step of setting the normal of the focal plane to be parallel to the Z-axis of the virtual 3D space.
  • the brightness of the cells is in inverse proportion to the square of the distance between the light source and each cell, and the sharpness of the cells is calculated in inverse proportion to the square of the distance between each cell and the focal plane.
  • the step (c) may be a step of calculating the brightness and sharpness of the cells in consideration of the degree of staining of the cells.
  • the method for generating captured image data using a virtual organoid is implemented in the form of a computer program written to perform each step of the method for generating captured image data using a virtual organoid in a computer and recorded on a computer-readable recording medium. It can be.
  • An apparatus for generating captured image data using a virtual organoid is a device for generating captured image data using a virtual organoid generated in a virtual 3-dimensional space.
  • Set the position of the light source set the focal plane in the virtual 3D space, calculate the brightness and sharpness of each cell in the virtual organoid considering the position of the light source and the position of the focal plane, and calculate the cell It may include; a processor that generates photographic image data of virtual organoids in which the brightness and sharpness of are reflected.
  • virtual organoids having various shapes and characteristics can be quickly and easily generated.
  • imaging data of a virtual organoid capable of obtaining the same effect as image data of a real organoid may be obtained.
  • a vast amount of captured image data using virtual organoids can be obtained, and the vast amount of captured image data can be used in various ways, such as artificial intelligence learning data.
  • 1 to 3 are flowcharts of a method for generating virtual organoids according to the present specification.
  • FIG. 4 is a reference diagram for a unit ellipsoid.
  • 5 is a reference diagram for lump data of virtual organoids.
  • 6 is a reference diagram for voxelization.
  • FIG. 7 is a reference diagram for random cell arrangement in voxels.
  • FIG. 8 is a flowchart of a method for generating captured image data using virtual organoids according to the present specification.
  • 9 is a reference diagram for calculating brightness and sharpness of cells.
  • 11 is another example of a captured image of a virtual organoid.
  • organoids which are organ-specific aggregates
  • a method of directly observing organoids is representative, but a method using artificial intelligence is considered to quickly examine a large amount of organoids.
  • 1 to 3 are flowcharts of a method for generating virtual organoids according to the present specification.
  • the virtual organoid generation method according to the present specification can be largely divided into three steps: i) generation of unit spheroids and hollow spheroids, ii) generation of organoid clumps, and iii) cell arrangement.
  • a virtual organoid according to the present specification is virtual data capable of mimicking a real organoid in a virtual three-dimensional space, and the method for generating a virtual organoid may be implemented in the form of a computer program that can be executed on a computer. Therefore, in describing the virtual organoid generation method according to the present specification, processing, calculation, output, and various logics of each step will be described as being executed by a processor known in the art to which the present invention belongs.
  • the processor may include a microprocessor, CPU, application-specific integrated circuit (ASIC), other chipsets, logic circuits, registers, communication modems, data processing devices, and the like in the field of computer technology.
  • ASIC application-specific integrated circuit
  • the processor may be implemented as a set of program modules. At this time, the program module may be stored in the memory device and executed by the processor.
  • the processor may generate a random number N.
  • the random number N corresponds to the number of unit ellipsoids to be generated later.
  • the variable k is a variable for repeating the process of generating the unit ellipsoid N times.
  • the processor may generate parameters of the unit ellipsoid.
  • the parameters of the unit ellipsoid mean the length of the diameter from the central point and the degree of inclination (rotation angle) from the central axis.
  • 4 is a reference diagram for a unit ellipsoid. 4, r1 (x-axis radius), r2 (y-axis radius), r3 (z-axis radius), a1 (x-axis rotation angle), a2 (y-axis rotation angle), a3 (z-axis reference) rotation angle).
  • the processor determines the diameter lengths (r1, r2, r3) and rotation angles (a1, a2, a3) of three orthogonal axes with the center point of each unit ellipsoid as the origin. It can be generated through random numbers.
  • the processor may arrange the center point of each unit ellipsoid by setting arbitrary coordinates (x k , y k , z k ) in the 3D space. At this time, the processor may arrange the center point so that the boundary of each unit ellipsoid exists in a virtual 3D space. That is, a part of the tower body may exist outside the virtual 3D space so that a part of the ellipsoid is not lost.
  • the processor may generate parameters of a cavity ellipsoid.
  • the processor may place the common ellipsoid inside the unit ellipsoid. Therefore, the number of cavity ellipsoids is equal to N, which is the number of unit ellipsoids, and each cavity ellipsoid can correspond 1:1 with each unit ellipsoid.
  • the cavity ellipsoid is data generated to form an internal hollow of a virtual organoid, and the hollow space will be described later.
  • the parameters of the cavity ellipsoid are also the same as those of the unit ellipsoid, and the processor uses the center point of each cavity ellipsoid as the origin and the length of the diameters of the three orthogonal axes (r'1 (x-axis radius), r'2 (y-axis radius) ), r'3 (z-axis radius)) and rotation angles (a'1 (x-axis rotation angle), a'2 (y-axis rotation angle), a'3 (z-axis rotation angle)) as random numbers can be created through
  • the center point of the unit ellipsoid and the center point of the common ellipsoid need not necessarily coincide. That is, the center point of the unit ellipsoid may be different from the center point of the joint ellipsoid, and it is sufficient if the center point of the joint ellipsoid is located inside the unit ellipsoid.
  • the processor may generate the separation degrees (dx k , dy k , dz k ) from the center point (x k , y k , z k ) of the unit ellipsoid by generating random numbers, and set the center point of the common ellipsoid according to the separation degree.
  • the entire cavity ellipsoid need not necessarily exist inside the unit ellipsoid. That is, the partial radius of the cavity ellipsoid may be greater than the radius of the unit ellipsoid, and a portion of the outer boundary of the cavity ellipsoid may pass through the outer boundary of the unit ellipsoid and exist in the outer region of the unit ellipsoid.
  • the processor may determine whether the variable k is greater than the random number N generated in the previous step S100. If the variable k is smaller than the random number N ('YES' in step S160), the value of k may be increased by one and the step S120 may be performed. Thereafter, steps S120 to S160 may be repeatedly performed. The iterative process may be repeated until a total of N unit ellipsoids are generated. On the other hand, if the variable k is greater than the random number N ('NO' in step S160), the virtual organoid generation method according to the present specification i) completes the generation of unit ellipsoids and cavity ellipsoids, and ii) proceeds to the generation of organoid chunks. there is.
  • the processor may form a blob that is a union of unit ellipsoids.
  • the processor may form a hollow that is a union of common ellipsoids.
  • the processor may form a clump, which is the difference between the hollows in the blobs. That is, the processor may generate chunk data by removing the set of common ellipsoids from the set of unit ellipsoids through steps S200 and S220.
  • 5 is a reference diagram for lump data of virtual organoids.
  • the reference diagram shown in FIG. 4 should be understood as a kind of cross-sectional view for explaining that an empty space is formed inside the chunk data. In this way, the process of expressing a mass with an empty space inside using an ellipsoid is to express the overall appearance of the actual organoid most similarly to the virtual organoid.
  • FIG. 5 shows an embodiment in which all unit ellipsoids contact each other to form a lump
  • the size of the unit ellipsoid is randomly determined in step S120 and the position of the unit ellipsoid is randomly arranged in step S130.
  • Embodiments formed of two or more masses spaced apart from each other are also possible.
  • the lump data shown in FIG. 5 shows that a closed space is formed in which the inner space is not connected to the outer space, the inner space of the lump does not necessarily have to be a closed space.
  • step S140 Since the size of the cavity ellipsoid is determined in step S140 and the positions of the cavity ellipsoid are randomly arranged in step S150, a lump in which the inside and outside of the lump are connected, that is, a lump in which a partial area is open can be created.
  • the processor may convert the clump, that is, chunk data, into voxel data according to a preset resolution.
  • the resolution may be, for example, 256 x 256 x 256, and the resolution may be set in various ways according to the performance of equipment executing the virtual organoid generation method according to the present specification or the purpose of the virtual organoid.
  • 6 is a reference diagram for voxelization.
  • iii) cell arrangement may be performed.
  • each voxel is expressed as "v k' ", and the set of all voxels included in the lump is expressed as "V”.
  • the variable k' is a variable for executing steps S310 to S340 of randomly arranging cells for all voxels included in V.
  • the processor may set a probability that a cell exists in each voxel (v k' ).
  • step S330 the processor increments the variable k' by one and proceeds to step S310. And steps S310 to S330 may be repeatedly performed.
  • step S340 the processor may process the cell as being present in the corresponding voxel (v k' ), and may assign a characteristic value of the arranged cell. The processor may assign at least one of the size, shape, and degree of staining of the cell as a characteristic value of the cell.
  • FIG. 7 is a reference diagram for random cell arrangement in voxels.
  • each voxel is filled with a number.
  • the number represents the random number M generated for each voxel, and cells may exist where the number '0' is displayed.
  • organoids may consist of only one type of cell, but may consist of two or more types of cells.
  • the processor may set a probability so that only one of the two or more cells exists in each voxel in step S310.
  • the existence probability of the first cell may be set to 1/p and the existence probability of the second cell to 1/q.
  • each voxel has three cases: the first cell is present (1/p), the second cell is present (1/q), or the cell is not present (1-1/p-1/q). It is possible.
  • step S350 the processor may determine whether cell arrangement is determined for all voxels, and may repeat steps S310 to S340. In addition, when cell arrangement is completed for all voxels, creation of virtual organoids may be completed.
  • FIG. 8 is a flowchart of a method for generating captured image data using virtual organoids according to the present specification.
  • the method of generating captured image data using virtual organoids according to the present specification may be implemented in the form of a computer program that can be executed on a computer. Therefore, in the following description of the method for generating captured image data using virtual organoids according to the present specification, the processing, calculation, output, and various logics of each step are assumed to be executed by a processor known in the art to which the present invention belongs. Let me explain.
  • the processor may set a position of a light source in a virtual 3D space.
  • Characteristic values such as brightness and color of the light source may be variously set by reflecting the actual photographing environment or the characteristics of organoids. As the characteristics of the light source become more diverse, the diversity of finally generated image data may also increase.
  • the processor may set the light source to be located at an upper end in the Z-axis direction from the central region of the virtual organoid.
  • the Z-axis refers to a coordinate axis parallel to a vertical direction excluding the X-axis and Y-axis, which are horizontal and vertical directions among the X-axis, Y-axis, and Z-axis orthogonal to each other.
  • the processor may set a focal plane in a virtual 3D space.
  • the focal plane is a concept corresponding to the focal length of the camera.
  • the more diverse the focal plane the greater the diversity of image data to be finally generated.
  • the processor may set the focal plane to be located within the boundary surface of the virtual organoid.
  • the focal plane exists outside the boundary of the virtual organoid, an environment in which all cells are blurred when imaging the actual organoid is assumed. Therefore, it is preferable to set the focal plane within the boundary of the virtual organoid, assuming an environment in which some cells in the organoid can be clearly imaged and some cells blurred.
  • the processor may set the normal of the focal plane to be parallel to the Z-axis of the virtual 3D space. This also takes into account the environment in which the camera shoots the organoids placed on the culture plate from the top to the bottom when actual organoids are photographed.
  • the method for generating image data using virtual organoids according to the present specification is not necessarily limited to vertical shooting, and the normal line of the focal plane may be tilted with respect to the Z axis.
  • the variable k′′ is a variable for performing calculations on all cells (S k′′ ) in the virtual organoid.
  • the processor may calculate the brightness and sharpness of each cell in the virtual organoid in consideration of the position of the light source and the position of the focal plane.
  • 9 is a reference diagram for calculating brightness and sharpness of cells.
  • the processor may calculate the brightness of each cell in inverse proportion to the square of the distance between the light source and each cell (1/D L 2 ).
  • the processor may calculate the sharpness of each cell in inverse proportion to the square of the distance between the focal plane and each cell (1/D F 2 ).
  • the processor may calculate the brightness and sharpness of the cells by further considering the degree of staining of the cells. If the above content is expressed as a formula, it is as follows.
  • step S440 the processor may determine that brightness and sharpness calculation is completed for all cells (S k′′ ). If calculation is not completed for all cells ('NO' in S440), steps S430 and S440 may be repeatedly executed. On the other hand, when the calculation is completed for all cells ('YES' in S440), it is possible to proceed to step S450.
  • the processor may generate captured image data of the virtual organoid reflecting the calculated brightness and sharpness of the cells.
  • FIG. 10 it is possible to see an image in which the brightness and sharpness of the cells S 1 , S 2 , and S 3 shown in FIG. 9 are expressed differently depending on the distance between the light source and the focal plane.
  • 11 is another example of a captured image of a virtual organoid.
  • the method for generating image data using a virtual organoid according to the present specification can generate image data that can have the same effect as capturing an actual organoid.
  • the above-described program is C / C ++, C #, JAVA, Python, which can be read by a processor (CPU) of the computer through a device interface of the computer so that the computer reads the program and executes the methods implemented in the program.
  • codes coded in computer languages such as machine language. These codes may include functional codes related to functions defining necessary functions for executing the methods, and include control codes related to execution procedures necessary for the processor of the computer to execute the functions according to a predetermined procedure. can do.
  • these codes may further include memory reference related codes for which location (address address) of the computer's internal or external memory should be referenced for additional information or media required for the computer's processor to execute the functions. there is.
  • the code uses the computer's communication module to determine how to communicate with any other remote computer or server. It may further include communication-related codes for whether to communicate, what kind of information or media to transmit/receive during communication, and the like.
  • the storage medium is not a medium that stores data for a short moment, such as a register, cache, or memory, but a medium that stores data semi-permanently and is readable by a device.
  • examples of the storage medium include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage device, etc., but are not limited thereto. That is, the program may be stored in various recording media on various servers accessible by the computer or various recording media on the user's computer.
  • the medium may be distributed to computer systems connected through a network, and computer readable codes may be stored in a distributed manner.

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Abstract

The present specification provides: a method for generating a virtual organoid having various shapes and features; and a virtual organoid imaging method capable of obtaining the same effect as image data obtained from an actual organoid. The virtual organoid generation method according to the present specification may generate data relating to an organoid structure in a virtual space so as to apply the features of an actual organoid. The imaging method using the virtual organoid according to the present specification enables generation of image data which can obtain the same effect as capturing an image of an actual organoid.

Description

가상 오가노이드 생성 방법How to create virtual organoids
본 발명은 가상 데이터 생성에 관한 것이며, 보다 상세하게는 가상 오가노이드 데이터를 생성하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to virtual data generation, and more particularly, to a method for generating virtual organoid data.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 명세서에 기재된 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 반드시 종래 기술을 구성하는 것은 아니다.The content described in this section merely provides background information on the embodiments described herein and does not necessarily constitute prior art.
오가노이드(organoid)는 '장기유사체' 또는 '유사장기'라고도 부르는데, 줄기세포나 장기 기원 세포로부터 분리한 세포를 3차원 배양법으로 다시 응집, 재조합하여 제조된 장기 특이적 세포 집합체이다. 오가노이드는 모델로 하는 장기의 특이적 세포를 포함하고, 장기가 지닌 특정 기능을 재현하며, 실제 장기와 유사한 형태로 공간적 조직화가 가능하다.Organoids, also called 'organoids' or 'similar organs', are organ-specific cell aggregates produced by aggregating and recombining cells isolated from stem cells or organ-derived cells through a three-dimensional culture method. Organoids include specific cells of an organ to be modeled, reproduce specific functions of an organ, and can be spatially organized in a form similar to that of an actual organ.
환자유래 종양 오가노이드(patient-derived tumor organoid)는 환자의 암세포 및 암조직의 특성을 그대로 나타내며 또한 환자 암조직의 유전적 변이 특성을 재현할 수 있다고 보고되었다. 최근에는 초기 약물 발견 프로그램 및 독성 스크린에 사용하기 위해 훨씬 더 안정하고 생리적인 환자 유래 오가노이드와 결합한 초고속 스크리닝(high-throughput screening) 기술이 개발되고 있다.It has been reported that patient-derived tumor organoids can express the characteristics of cancer cells and tissues of patients as they are and reproduce the genetic mutation characteristics of cancer tissues of patients. Recently, high-throughput screening techniques have been developed that combine much more stable and physiological patient-derived organoids for use in early drug discovery programs and toxicity screens.
세포 치료, 생체조직공학, 신약개발, 독성학 그리고, 정밀의료분야까지 이용될 수 있는 오가노이드는 그 활용도를 높이기 위해서는 많은 양의 오가노이드에 대한 분석 데이터가 필요하다. 특히, 최근 발전하고 있는 인공지능분야에서 인공지능모델을 학습시키기 위해서는 방대한 양의 학습 데이터가 필요하다. 그러나 실제 오가노이드를 분석한 데이터만으로 방대한 양의 학습데이터를 모두 채우기에는 시간과 비용이 많이 소요되는 문제점이 있다.Organoids that can be used in cell therapy, biotissue engineering, new drug development, toxicology, and precision medicine require a large amount of analysis data on organoids to increase their utilization. In particular, in order to train an artificial intelligence model in the field of artificial intelligence, which is developing recently, a large amount of training data is required. However, there is a problem in that it takes a lot of time and money to fill all of the vast amount of learning data only with the data analyzed from the actual organoid.
[선행기술문헌][Prior art literature]
[특허문헌][Patent Literature]
(특허문헌 1) 공개특허공보 제10-2020-0081295호, 2020.07.07(Patent Document 1) Patent Publication No. 10-2020-0081295, 2020.07.07
본 명세서는 다양한 형태와 특징을 가진 가상 오가노이드를 생성하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present specification is to provide a method for generating virtual organoids having various shapes and characteristics.
본 명세서는 실제 오가노이드를 촬영한 이미지 데이터와 동일한 효과를 얻을 수 있는 가상 오가노이드의 촬영 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present specification is to provide a method for capturing virtual organoids capable of obtaining the same effects as image data obtained by capturing actual organoids.
본 명세서는 상기 언급된 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.This specification is not limited to the above-mentioned tasks, and other tasks not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 명세서에 따른 가상 오가노이드 생성 방법은 가상의 3차원 공간 내에 오가노이드를 생성하는 방법으로서, 프로세서가 (a) 난수를 발생시키고, 발생된 난수에 따른 개수만큼의 단위 타원체를 생성하는 단계; (b) 상기 (a) 단계에서 생성된 각 단위 타원체의 중심점을 3차원 공간 내 임의의 좌표를 설정하여 배치시키는 단계; (c) 중심점이 각 단위 타원체 내부에 존재하는 공동 타원체를 단위 타원체의 개수만큼 생성하는 단계; (d) 상기 단위 타원체의 집합에서 상기 공동 타원체의 집합을 제거하여 덩어리 데이터를 생성하는 단계; (e) 상기 덩어리 데이터를 미리 설정된 해상도에 따라 복셀 데이터로 변환하는 단계; 및 (f) 상기 복셀에 대하여 무작위로 세포를 배치하는 단계;를 포함할 수 있다.The method for generating virtual organoids according to the present specification to solve the above problems is a method for generating organoids in a virtual 3-dimensional space, wherein a processor (a) generates random numbers, and units as many as the number according to the generated random numbers. generating an ellipsoid; (b) setting and arranging the center point of each unit ellipsoid generated in step (a) at arbitrary coordinates in a three-dimensional space; (c) generating as many cavity ellipsoids as the number of unit ellipsoids whose center points exist inside each unit ellipsoid; (d) generating lump data by removing the set of common ellipsoids from the set of unit ellipsoids; (e) converting the chunk data into voxel data according to a preset resolution; and (f) randomly arranging cells with respect to the voxel.
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 (a) 단계는 각 단위 타원체의 중심점을 원점으로 서로 직교하는 3축에 대한 지름의 길이 및 회전각을 난수를 통해 생성하는 단계일 수 있다.According to one embodiment of the present specification, the step (a) may be a step of generating a diameter length and a rotation angle with respect to three orthogonal axes with the center point of each unit ellipsoid as the origin using random numbers.
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 (b) 단계는 각 단위 타원체의 경계가 가상의 3차원 공간 내에 존재하도록 중심점을 배치시키는 단계일 수 있다.According to one embodiment of the present specification, step (b) may be a step of arranging the center point so that the boundary of each unit ellipsoid exists in a virtual 3D space.
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 (c) 단계는 각 공동 타원체의 중심점을 원점으로 서로 직교하는 3축에 대한 지름의 길이 및 회전각을 난수를 통해 생성하는 단계일 수 있다.According to one embodiment of the present specification, the step (c) may be a step of generating a diameter length and a rotation angle with respect to three mutually orthogonal axes with the center point of each hollow ellipsoid as an origin using random numbers.
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 (f) 단계는 (f-1) 각 복셀에 세포가 존재할 확률을 설정하는 단계; 및 (f-2) 각 복셀마다 상기 설정된 세포 존재 확률에 따라 세포의 배치 여부를 결정하는 단계;를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present specification, step (f) may include (f-1) setting a probability that a cell exists in each voxel; and (f-2) determining whether or not to place cells according to the set cell existence probability for each voxel.
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 서로 다른 2이상의 세포가 존재할 때 상기 (f-1) 단계는 각 복셀에 2이상의 세포 중 어느 하나의 세포만 존재하도록 확률을 설정하는 단계일 수 있다.According to an embodiment of the present specification, when two or more different cells exist, the step (f-1) may be a step of setting a probability such that only one of the two or more cells exists in each voxel.
본 명세서에 따른 가상 오가노이드 생성 방법은 (g) 배치된 세포의 특성값을 부여하는 단계;를 더 포함할 수 있다.The virtual organoid generation method according to the present specification may further include (g) assigning characteristic values to the arranged cells.
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 (g) 단계는 세포의 크기, 모양 및 염색정도 중 적어도 하나의 특성값을 부여하는 단계일 수 있다.According to one embodiment of the present specification, the step (g) may be a step of assigning at least one characteristic value among the cell size, shape, and staining degree.
본 명세서에 따른 가상 오가노이드 생성 방법은 컴퓨터에서 가상 오가노이드 생성 방법의 각 단계들을 수행하도록 작성되어 컴퓨터로 독출 가능한 기록 매체에 기록된 컴퓨터프로그램의 형태로 구현될 수 있다.The virtual organoid generation method according to the present specification may be implemented in the form of a computer program written to perform each step of the virtual organoid generation method in a computer and recorded on a computer-readable recording medium.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 명세서에 따른 가상 오가노이드 생성 장치는 가상의 3차원 공간 내에 오가노이드를 생성하는 장치로서, 난수를 발생시키고, 발생된 난수에 따른 개수만큼의 단위 타원체를 생성하고, 생성된 각 단위 타원체의 중심점을 3차원 공간 내 임의의 좌표를 설정하여 배치시키고, 중심점이 각 단위 타원체 내부에 존재하는 공동 타원체를 단위 타원체의 개수만큼 생성하고, 상기 단위 타원체의 집합에서 상기 공동 타원체의 집합을 제거하여 덩어리 데이터를 생성하고, 상기 덩어리 데이터를 미리 설정된 해상도에 따라 복셀 데이터로 변환하며, 상기 복셀에 대하여 무작위로 세포를 배치하는 프로세서;를 포함할 수 있다.An apparatus for generating organoids according to the present specification for solving the above problems is a device for generating organoids in a virtual three-dimensional space, generating random numbers, generating as many unit ellipsoids as the number according to the generated random numbers, Arrange the center point of each unit ellipsoid by setting arbitrary coordinates in the 3D space, create as many joint ellipsoids as the number of unit ellipsoids whose center point exists inside each unit ellipsoid, and create the joint ellipsoid in the set of unit ellipsoids and a processor generating chunk data by removing a set of v, converting the chunk data into voxel data according to a preset resolution, and randomly arranging cells with respect to the voxel.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 명세서에 따른 가상 오가노이드를 이용한 촬영 이미지 데이터 생성 방법은 가상의 3차원 공간 내에 생성된 가상 오가노이드를 이용하여 촬영 이미지 데이터를 생성하는 방법으로서, 프로세서가 (a) 가상의 3차원 공간 내 광원의 위치를 설정하는 단계; (b) 가상의 3차원 공간 내 초점 평면을 설정하는 단계; (c) 가상 오가노이드 내 각 세포의 밝기 및 선명도를 상기 광원의 위치와 초점 평면의 위치를 고려하여 산출하는 단계; 및 (d) 산출된 세포의 밝기 및 선명도가 반영된 가상 오가노이드의 촬영 이미지 데이터를 생성하는 단계;를 포함할 수 있다.The method for generating captured image data using a virtual organoid according to the present specification for solving the above problems is a method for generating captured image data using a virtual organoid generated in a virtual 3-dimensional space, wherein the processor (a) setting a position of a light source in a virtual 3D space; (b) setting a focal plane in a virtual 3-dimensional space; (c) calculating the brightness and sharpness of each cell in the virtual organoid in consideration of the position of the light source and the position of the focal plane; and (d) generating captured image data of the virtual organoid reflecting the brightness and sharpness of the calculated cells.
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 (a) 단계는 상기 광원이 가상 오가노이드의 중심 영역으로부터 Z축 방향으로 상단부에 위치하도록 설정하는 단계일 수 있다.According to one embodiment of the present specification, step (a) may be a step of setting the light source to be located at the upper end of the virtual organoid in the Z-axis direction from the central region.
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 (b) 단계는 가상 오가노이드의 경계면 내에 초점 평면이 위치하도록 설정하는 단계일 수 있다.According to one embodiment of the present specification, step (b) may be a step of setting the focal plane to be located within the boundary surface of the virtual organoid.
바람직하게, 상기 (b) 단계는 초점 평면의 법선이 가상의 3차원 공간의 Z축과 평행하도록 설정하는 단계일 수 있다.Preferably, the step (b) may be a step of setting the normal of the focal plane to be parallel to the Z-axis of the virtual 3D space.
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 상기 (c) 단계는 세포의 밝기는 광원과 각 세포 사이의 거리 제곱에 반비례하고, 세포의 선명도는 각 세포와 초점 평면 사이의 거리 제곱에 반비례하게 산출하는 단계일 수 있다.According to one embodiment of the present specification, in the step (c), the brightness of the cells is in inverse proportion to the square of the distance between the light source and each cell, and the sharpness of the cells is calculated in inverse proportion to the square of the distance between each cell and the focal plane. can be
이 경우, 상기 (c) 단계는 세포의 밝기 및 선명도를 산출할 때 세포의 염색정도를 더 고려하여 산출하는 단계일 수 있다.In this case, the step (c) may be a step of calculating the brightness and sharpness of the cells in consideration of the degree of staining of the cells.
본 명세서에 따른 가상 오가노이드를 이용한 촬영 이미지 데이터 생성 방법은 컴퓨터에서 가상 오가노이드를 이용한 촬영 이미지 데이터 생성 방법의 각 단계들을 수행하도록 작성되어 컴퓨터로 독출 가능한 기록 매체에 기록된 컴퓨터프로그램의 형태로 구현될 수 있다.The method for generating captured image data using a virtual organoid according to the present specification is implemented in the form of a computer program written to perform each step of the method for generating captured image data using a virtual organoid in a computer and recorded on a computer-readable recording medium. It can be.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 명세서에 따른 가상 오가노이드를 이용한 촬영 이미지 데이터 생성 장치는 가상의 3차원 공간 내에 생성된 가상 오가노이드를 이용하여 촬영 이미지 데이터를 생성하는 장치로서, 가상의 3차원 공간 내 광원의 위치를 설정하고, 가상의 3차원 공간 내 초점 평면을 설정하고, 가상 오가노이드 내 각 세포에 대한 밝기 및 선명도를 상기 광원의 위치와 초점 평면의 위치를 고려하여 산출하며, 산출된 세포의 밝기 및 선명도가 반영된 가상 오가노이드의 촬영 이미지 데이터를 생성하는 프로세서;를 포함할 수 있다.An apparatus for generating captured image data using a virtual organoid according to the present specification for solving the above problems is a device for generating captured image data using a virtual organoid generated in a virtual 3-dimensional space. Set the position of the light source, set the focal plane in the virtual 3D space, calculate the brightness and sharpness of each cell in the virtual organoid considering the position of the light source and the position of the focal plane, and calculate the cell It may include; a processor that generates photographic image data of virtual organoids in which the brightness and sharpness of are reflected.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Other specific details of the invention are included in the detailed description and drawings.
본 명세서의 일 측면에 따르면, 다양한 형태와 특징을 가진 가상 오가노이드를 빠르고 쉽게 생성할 수 있다.According to one aspect of the present specification, virtual organoids having various shapes and characteristics can be quickly and easily generated.
본 명세서의 다른 측면에 따르면, 실제 오가노이드를 촬영한 이미지 데이터와 동일한 효과를 얻을 수 있는 가상 오가노이드의 촬영 데이터를 얻을 수 있다.According to another aspect of the present specification, imaging data of a virtual organoid capable of obtaining the same effect as image data of a real organoid may be obtained.
본 명세서의 또 다른 측면에 따르면, 가상 오가노이드를 이용한 방대한 촬영 이미지 데이터를 확보할 수 있으며, 방대한 촬영 이미지 데이터는 인공지능의 학습 데이터 등 다양한 활용이 가능하다.According to another aspect of the present specification, a vast amount of captured image data using virtual organoids can be obtained, and the vast amount of captured image data can be used in various ways, such as artificial intelligence learning data.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
도 1 내지 도 3은 본 명세서에 따른 가상 오가노이드 생성 방법의 흐름도이다.1 to 3 are flowcharts of a method for generating virtual organoids according to the present specification.
도 4는 단위 타원체에 대한 참고도이다.4 is a reference diagram for a unit ellipsoid.
도 5는 가상 오가노이드의 덩어리 데이터에 대한 참고도이다.5 is a reference diagram for lump data of virtual organoids.
도 6은 복셀화에 대한 참고도이다.6 is a reference diagram for voxelization.
도 7은 복셀에 무작위 세포 배치에 대한 참고도이다.7 is a reference diagram for random cell arrangement in voxels.
도 8은 본 명세서에 따른 가상 오가노이드를 이용한 촬영 이미지 데이터 생성 방법의 흐름도이다.8 is a flowchart of a method for generating captured image data using virtual organoids according to the present specification.
도 9는 세포의 밝기 및 선명도 산출의 참고도이다.9 is a reference diagram for calculating brightness and sharpness of cells.
도 10은 가상 오가노이드의 촬영 이미지의 예시이다.10 is an example of a photographed image of a virtual organoid.
도 11은 가상 오가노이드의 촬영 이미지의 다른 예시이다.11 is another example of a captured image of a virtual organoid.
본 명세서에 개시된 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 명세서가 이하에서 개시되는 실시예들에 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 명세서의 개시가 완전하도록 하고, 본 명세서가 속하는 기술 분야의 통상의 기술자(이하 '당업자')에게 본 명세서의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 명세서의 권리 범위는 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. Advantages and features of the invention disclosed in this specification, and methods for achieving them, will become clear with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present specification is not limited to the embodiments disclosed below and may be implemented in a variety of different forms, and only the present embodiments make the disclosure of the present specification complete, and are common in the art to which the present specification belongs. It is provided to fully inform the technical person (hereinafter referred to as 'one skilled in the art') of the scope of the present specification, and the scope of rights of the present specification is only defined by the scope of the claims.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 명세서의 권리 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.Terms used in this specification are for describing the embodiments and are not intended to limit the scope of the present specification. In this specification, singular forms also include plural forms unless specifically stated otherwise in a phrase. As used herein, "comprises" and/or "comprising" does not exclude the presence or addition of one or more other elements other than the recited elements.
명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 "제1", "제2" 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.Like reference numerals throughout the specification refer to like elements, and “and/or” includes each and every combination of one or more of the recited elements. Although "first", "second", etc. are used to describe various components, these components are not limited by these terms, of course. These terms are only used to distinguish one component from another. Accordingly, it goes without saying that the first element mentioned below may also be the second element within the technical spirit of the present invention.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 명세서가 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used in this specification may be used with meanings commonly understood by those skilled in the art to which this specification belongs. In addition, terms defined in commonly used dictionaries are not interpreted ideally or excessively unless explicitly specifically defined.
세포를 추출하고, 추출된 세포를 배양하여 장기 특이적 집합체인 오가노이드(organoid)를 제조하는 과정에서, 제조된 오가노이드가 실제 장기와 유사한 형태로 공간적 조직화가 되었는지 검사하는 과정이 필요하다. 이를 위해, 오가노이드를 직접 관찰하는 방법이 대표적이나, 다량의 오가노이드를 빠르게 검사하기 위해 인공지능을 이용한 방법이 고려된다.In the process of extracting cells and culturing the extracted cells to produce organoids, which are organ-specific aggregates, it is necessary to examine whether the prepared organoids are spatially organized in a similar form to actual organs. To this end, a method of directly observing organoids is representative, but a method using artificial intelligence is considered to quickly examine a large amount of organoids.
오가노이드 검사 또는 판별용 인공지능은 오가노이드를 촬영한 이미지를 입력했을 때 오가노이드가 원하는 형태를 갖추었는지 또는 어떠한 특성을 가진 오가노이드인지 판별하는 기능이 요구된다. 이러한 기능을 구현하기 위해서는 오가노이드 검사 또는 판별 모델의 학습을 위한 다양한 오가노이드에 대한 대량의 이미지 데이터가 필요하다. 그러나 실제 오가노이드를 촬영한 이미지 데이터를 이용하여 인공지능 모델을 학습시키기 위해서는 천문학적인 시간과 비용이 소모된다. 그러나 본 출원인은 이러한 단점을 극복하기 위해 가상 오가노이드를 착안하게 되었다. 실제 오가노이드의 특성을 반영한 다양한 가상 오가노이드를 생성하고, 실제 오가노이드를 촬영할 때와 마찬가지로 가상 오가노이드로부터 촬영 이미지 데이터를 생성하여, 인공지능 모델의 학습을 위한 대량의 이미지 데이터를 생성할 수 있다. 이렇게 생성된 이미지 데이터를 이용하여 오가노이드 검사 또는 판별 모델을 학습시킬 경우, 실제 오가노이드 촬영 이미지를 이용한 학습에 비해 시간과 비용이 현저하게 줄어들 수 있으며, 인공지능의 성능 역시 월등하게 높일 수 있다.Artificial intelligence for organoid inspection or discrimination requires a function to determine whether an organoid has a desired shape or what characteristics it has when an image of an organoid is input. In order to implement these functions, a large amount of image data for various organoids for organoid inspection or learning of discrimination models is required. However, it takes astronomical amounts of time and money to train an artificial intelligence model using image data taken from actual organoids. However, the present applicant came up with a virtual organoid to overcome these disadvantages. By creating various virtual organoids that reflect the characteristics of real organoids, and generating image data from virtual organoids as in the case of photographing real organoids, a large amount of image data for AI model learning can be created. . When an organoid inspection or discrimination model is trained using the image data generated in this way, time and cost can be significantly reduced compared to learning using actual organoid photographed images, and the performance of artificial intelligence can be significantly improved.
이하에서는 상술한 가상 오가노이드의 생성 방법 및 가상 오가노이드를 이용한 촬영 이미지 데이터 생성 방법에 대해서 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, the above-described virtual organoid generation method and captured image data generation method using the virtual organoid will be described with reference to the accompanying drawings.
<가상 오가노이드의 생성 방법><Method of generating virtual organoids>
도 1 내지 도 3은 본 명세서에 따른 가상 오가노이드 생성 방법의 흐름도이다.1 to 3 are flowcharts of a method for generating virtual organoids according to the present specification.
본 명세서에 따른 가상 오가노이드 생성 방법은 i) 단위 타원체 및 공동 타원체 생성, ii) 오가노이드의 덩어리 생성 및 iii) 세포배치, 크게 3단계로 나누어질 수 있다. 본 명세서에 따른 가상 오가노이드는 가상의 3차원 공간 내에 실제 오가노이드를 모사할 수 있는 가상의 데이터로서, 가상 오가노이드 생성 방법은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 컴퓨터 프로그램의 형태로 구현될 수 있다. 따라서, 이하 본 명세서에 따른 가상 오가노이드 생성 방법을 설명함에 있어서 각 단계의 처리, 계산, 출력 및 다양한 로직은 본 발명이 속한 기술분야에 알려진 프로세서(processor)에 의해 실행되는 것으로 설명하겠다. 상기 프로세서는 컴퓨터기술 분야에서의 마이크로프로세서, CPU, ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로, 레지스터, 통신 모뎀, 데이터 처리 장치 등을 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에 따른 가상 오가노이드 생성 방법이 소프트웨어로 구현될 때, 상기 프로세서는 프로그램 모듈의 집합으로 구현될 수 있다. 이 때, 프로그램 모듈은 상기 메모리 장치에 저장되고, 프로세서에 의해 실행될 수 있다.The virtual organoid generation method according to the present specification can be largely divided into three steps: i) generation of unit spheroids and hollow spheroids, ii) generation of organoid clumps, and iii) cell arrangement. A virtual organoid according to the present specification is virtual data capable of mimicking a real organoid in a virtual three-dimensional space, and the method for generating a virtual organoid may be implemented in the form of a computer program that can be executed on a computer. Therefore, in describing the virtual organoid generation method according to the present specification, processing, calculation, output, and various logics of each step will be described as being executed by a processor known in the art to which the present invention belongs. The processor may include a microprocessor, CPU, application-specific integrated circuit (ASIC), other chipsets, logic circuits, registers, communication modems, data processing devices, and the like in the field of computer technology. In addition, when the virtual organoid generation method according to the present specification is implemented as software, the processor may be implemented as a set of program modules. At this time, the program module may be stored in the memory device and executed by the processor.
먼저 도 1을 참조하면, 단계 S100에서 프로세서는 난수 N을 발생시킬 수 있다. 상기 난수 N은 이후에 생성할 단위 타원체(unit ellipsoid)의 개수에 해당한다.First, referring to FIG. 1 , in step S100, the processor may generate a random number N. The random number N corresponds to the number of unit ellipsoids to be generated later.
다음 단계 S110에서 프로세서는 변수 k를 설정하고, 초기값으로 "k=0"을 입력할 수 있다. 상기 변수 k는 단위 타원체를 생성하는 과정을 N번 반복하기 위한 변수이다.In the next step S110, the processor may set the variable k and input “k=0” as an initial value. The variable k is a variable for repeating the process of generating the unit ellipsoid N times.
다음 단계 S120에서 프로세서는 단위 타원체의 파라미터를 생성할 수 있다. 단위 타원체의 파라미터란 중심점으로부터 지름의 길이, 중심축으로부터 기울어진 정도(회전각)을 의미한다. 도 4는 단위 타원체에 대한 참고도이다. 도 4를 참조하면, r1(x축 반지름), r2(y축 반지름), r3(z축 반지름), a1(x축 기준 회전각), a2(y축 기준 회전각), a3(z축 기준 회전각)을 확인할 수 있다. 본 명세서의 일 실시예에 따르면, 단계 S120에서 프로세서는 각 단위 타원체의 중심점을 원점으로 서로 직교하는 3축에 대한 지름의 길이(r1, r2, r3) 및 회전각(a1, a2, a3)을 난수를 통해 생성할 수 있다.In the next step S120, the processor may generate parameters of the unit ellipsoid. The parameters of the unit ellipsoid mean the length of the diameter from the central point and the degree of inclination (rotation angle) from the central axis. 4 is a reference diagram for a unit ellipsoid. 4, r1 (x-axis radius), r2 (y-axis radius), r3 (z-axis radius), a1 (x-axis rotation angle), a2 (y-axis rotation angle), a3 (z-axis reference) rotation angle). According to one embodiment of the present specification, in step S120, the processor determines the diameter lengths (r1, r2, r3) and rotation angles (a1, a2, a3) of three orthogonal axes with the center point of each unit ellipsoid as the origin. It can be generated through random numbers.
다음 단계 S130에서 프로세서는 생성된 각 단위 타원체의 중심점을 3차원 공간 내 임의의 좌표(xk, yk, zk)를 설정하여 배치시킬 수 있다. 이때, 상기 프로세서는 각 단위 타원체의 경계가 가상의 3차원 공간 내에 존재하도록 중심점을 배치시킬 수 있다. 즉, 타워체의 일부가 가상의 3차원 공간 밖에 존재하여 타원체의 일부가 손실되지 않도록 할 수 있다.In the next step S130, the processor may arrange the center point of each unit ellipsoid by setting arbitrary coordinates (x k , y k , z k ) in the 3D space. At this time, the processor may arrange the center point so that the boundary of each unit ellipsoid exists in a virtual 3D space. That is, a part of the tower body may exist outside the virtual 3D space so that a part of the ellipsoid is not lost.
다음 단계 S140에서 프로세서는 공동 타원체(cavity ellipsoid)의 파라미터를 생성할 수 있다. 그리고 단계 S150에서 프로세서는 공동 타원체를 단위 타원체의 내부에 배치할 수 있다. 따라서 공동 타원체의 개수는 단위 타원체의 개수인 N개로 동일하며, 각 공동 타원체는 각 단위 타원체와 1:1로 대응할 수 있다. 본 명세서에서 공동 타원체는 가상 오가노이드의 내부 빈 공간(hollow)을 형성하기 위해 생성되는 데이터이며, 빈 공간에 대해서는 이후에 다시 설명될 예정할 예정이다. 공동 타원체의 파라미터 역시 단위 타원체의 파라미터와 동일하게, 프로세서는 각 공동 타원체의 중심점을 원점으로 서로 직교하는 3축에 대한 지름의 길이(r'1(x축 반지름), r'2(y축 반지름), r'3(z축 반지름)) 및 회전각(a'1(x축 기준 회전각), a'2(y축 기준 회전각), a'3(z축 기준 회전각))을 난수를 통해 생성할 수 있다.In the next step S140, the processor may generate parameters of a cavity ellipsoid. In step S150, the processor may place the common ellipsoid inside the unit ellipsoid. Therefore, the number of cavity ellipsoids is equal to N, which is the number of unit ellipsoids, and each cavity ellipsoid can correspond 1:1 with each unit ellipsoid. In this specification, the cavity ellipsoid is data generated to form an internal hollow of a virtual organoid, and the hollow space will be described later. The parameters of the cavity ellipsoid are also the same as those of the unit ellipsoid, and the processor uses the center point of each cavity ellipsoid as the origin and the length of the diameters of the three orthogonal axes (r'1 (x-axis radius), r'2 (y-axis radius) ), r'3 (z-axis radius)) and rotation angles (a'1 (x-axis rotation angle), a'2 (y-axis rotation angle), a'3 (z-axis rotation angle)) as random numbers can be created through
한편, 단위 타원체의 중심점과 공동 타원체의 중심점은 반드시 일치할 필요는 없다. 즉, 단위 타원체의 중심점과 공동 타원체의 중심점은 서로 다를 수 있으며, 공동 타원체의 중심점이 단위 타원체의 내부에 위치하면 충분하다. 프로세서는 단위 타원체의 중심점(xk, yk, zk)으로부터 이격도(dxk, dyk, dzk)를 난수를 발생시켜 생성하고, 상기 이격도에 따라 공동 타원체의 중심점을 설정할 수 있다.On the other hand, the center point of the unit ellipsoid and the center point of the common ellipsoid need not necessarily coincide. That is, the center point of the unit ellipsoid may be different from the center point of the joint ellipsoid, and it is sufficient if the center point of the joint ellipsoid is located inside the unit ellipsoid. The processor may generate the separation degrees (dx k , dy k , dz k ) from the center point (x k , y k , z k ) of the unit ellipsoid by generating random numbers, and set the center point of the common ellipsoid according to the separation degree.
또 한편, 공동 타원체 전체가 반드시 단위 타원체의 내부에 존재해야 할 필요는 없다. 즉, 공동 타원체의 일부 반지름은 단위 타원체의 반지름보다 클 수 있으며, 공동 타원체의 외부 경계 일부가 단위 타원체의 외부 경계를 뚫고 단위 타원체의 바깥 영역에 존재할 수 있다.On the other hand, the entire cavity ellipsoid need not necessarily exist inside the unit ellipsoid. That is, the partial radius of the cavity ellipsoid may be greater than the radius of the unit ellipsoid, and a portion of the outer boundary of the cavity ellipsoid may pass through the outer boundary of the unit ellipsoid and exist in the outer region of the unit ellipsoid.
다음 단계 S160에서 프로세서는 변수 k가 앞서 단계 S100에서 발생한 난수 N보다 큰지 판단할 수 있다. 변수 k가 난수 N보다 작다면(단계 S160의 'YES'), 변수 k값을 하나 증가시키고 단계 S120으로 이행할 수 있다. 이후 단계 S120 내지 단계 S160을 반복 실시할 수 있다. 반복 실시과정은 총 N개의 단위 타원체가 생성될 까지 반복될 수 있다. 반면, 변수 k가 난수 N보다 크면(단계 S160의 'NO'), 본 명세서에 따른 가상 오가노이드 생성 방법의 i) 단위 타원체 및 공동 타원체 생성을 마치고, ii) 오가노이드의 덩어리 생성 단계로 넘어갈 수 있다.In the next step S160, the processor may determine whether the variable k is greater than the random number N generated in the previous step S100. If the variable k is smaller than the random number N ('YES' in step S160), the value of k may be increased by one and the step S120 may be performed. Thereafter, steps S120 to S160 may be repeatedly performed. The iterative process may be repeated until a total of N unit ellipsoids are generated. On the other hand, if the variable k is greater than the random number N ('NO' in step S160), the virtual organoid generation method according to the present specification i) completes the generation of unit ellipsoids and cavity ellipsoids, and ii) proceeds to the generation of organoid chunks. there is.
도 2를 참조하면, 먼저 단계 S200에서 프로세서는 단위 타원체의 합집합인 블롭(Blob)을 형성할 수 있다. 그리고 단계 S210에서 프로세서는 공동 타원체의 합집합인 할로운(Hollow)를 형성할 수 있다. 그리고 단계 S220에서 프로세서는 블롭에서 할로우의 차집합인 클럼프(clump)를 형성할 수 있다. 즉, 프로세서는 단계 S200 내지 단계 S220을 통해 단위 타원체의 집합에서 상기 공동 타원체의 집합을 제거하여 덩어리 데이터를 생성할 수 있다.Referring to FIG. 2 , in step S200, the processor may form a blob that is a union of unit ellipsoids. In step S210, the processor may form a hollow that is a union of common ellipsoids. In step S220, the processor may form a clump, which is the difference between the hollows in the blobs. That is, the processor may generate chunk data by removing the set of common ellipsoids from the set of unit ellipsoids through steps S200 and S220.
도 5는 가상 오가노이드의 덩어리 데이터에 대한 참고도이다.5 is a reference diagram for lump data of virtual organoids.
도 5를 참조하면, N=4인 예시에 따라 4개의 단위 타원체 집합에서 4개의 공동 타원체 집합이 제거된 덩어리를 확인할 수 있다. 본 명세서에 따른 가상 오가노이드는 가상의 3차원 공간에서 이루어지기 때문에, 도 4에 도시된 참고도는 덩어리 데이터 내부에 빈 공간이 형성된 것을 설명하기 위한 일종의 단면도로 이해해야 한다. 이와 같이 타원체를 이용하여 내부에 빈 공간이 형성된 덩어리를 표현하는 과정은 실제 오가노이드의 전체적인 외형을 가상 오가노이드가 가장 유사하게 표현하기 위함이다.Referring to FIG. 5 , according to the example of N=4, it is possible to confirm a lump in which four joint ellipsoid sets are removed from the four unit ellipsoid sets. Since the virtual organoid according to the present specification is formed in a virtual three-dimensional space, the reference diagram shown in FIG. 4 should be understood as a kind of cross-sectional view for explaining that an empty space is formed inside the chunk data. In this way, the process of expressing a mass with an empty space inside using an ellipsoid is to express the overall appearance of the actual organoid most similarly to the virtual organoid.
한편, 도 5에는 단위 타원체가 모두 접촉하여 하나의 덩어리를 형성한 실시예가 도시되어 있지만, 앞서 단계 S120에서 무작위로 단위 타원체의 크기가 결정되고 단계 S130 과정에서 단위 타원체의 위치가 무작위로 배치되므로, 서로 떨어진 2이상의 덩어리로 형성된 실시예도 가능하다. 또한, 도 5에 도시된 덩어리 데이터는 내부 공간이 외부 공간과 연결되지 않은 폐공간이 형성된 것으로 도시되어 있지만, 상기 덩이리의 내부 공간이 반드시 폐공간일 필요는 없다. 앞서 단계 S140에서 공동 타원체의 크기가 결정되고 단계 S150 과정에서 공동 타원체의 위치가 무작위로 배치되므로, 덩어리 내부와 외부가 연결된 즉, 어느 일부 영역이 개방된 형태의 덩어리도 생성될 수 있다.On the other hand, although FIG. 5 shows an embodiment in which all unit ellipsoids contact each other to form a lump, the size of the unit ellipsoid is randomly determined in step S120 and the position of the unit ellipsoid is randomly arranged in step S130. Embodiments formed of two or more masses spaced apart from each other are also possible. In addition, although the lump data shown in FIG. 5 shows that a closed space is formed in which the inner space is not connected to the outer space, the inner space of the lump does not necessarily have to be a closed space. Since the size of the cavity ellipsoid is determined in step S140 and the positions of the cavity ellipsoid are randomly arranged in step S150, a lump in which the inside and outside of the lump are connected, that is, a lump in which a partial area is open can be created.
다음 단계 S230에서 프로세서는 클럼프 즉, 덩어리 데이터를 미리 설정된 해상도에 따라 복셀(voxel) 데이터로 변환할 수 있다. 상기 해상도는 예를 들어 256 x 256 x 256이 될 수 있으며, 본 명세서에 따른 가상 오가노이드 생성 방법을 실행하는 장비의 성능 또는 가상 오가노이드의 용도에 따라 다양하게 해상도를 설정할 수 있다.In the next step S230, the processor may convert the clump, that is, chunk data, into voxel data according to a preset resolution. The resolution may be, for example, 256 x 256 x 256, and the resolution may be set in various ways according to the performance of equipment executing the virtual organoid generation method according to the present specification or the purpose of the virtual organoid.
도 6은 복셀화에 대한 참고도이다.6 is a reference diagram for voxelization.
도 6을 참조하면, 3차원 공간상에 덩어리를 임의의 해상도를 가진 복셀로 변환된 예시를 확인할 수 있다. 본 명세서에 따른 가상 오가노이드 생성 방법의 ii) 오가노이드의 덩어리 생성 단계를 마치면, iii) 세포배치로 넘어갈 수 있다.Referring to FIG. 6 , an example in which a lump in a 3D space is converted into voxels having an arbitrary resolution can be seen. After completing the step of ii) generating an organoid lump in the method for generating a virtual organoid according to the present specification, iii) cell arrangement may be performed.
도 3을 참조하면, 먼저 단계 S300에서 프로세서는 변수 k'을 설정하고, 초기값으로 k'=0을 입력할 수 있다. 또한, 각 복셀을 "vk'"로 표현하고, 덩어리에 포함된 모든 복셀의 집합을 "V"로 표시한다. 상기 변수 k'은 V에 포함된 모든 복셀에 대하여 무작위로 세포를 배치하는 단계 S310 내지 단계 S340을 실행하기 위한 변수이다.Referring to FIG. 3 , in step S300, the processor may set a variable k' and input k'=0 as an initial value. In addition, each voxel is expressed as "v k' ", and the set of all voxels included in the lump is expressed as "V". The variable k' is a variable for executing steps S310 to S340 of randomly arranging cells for all voxels included in V.
단계 S310에서 프로세서는 각 복셀(vk')에 세포가 존재할 확률을 설정할 수 있다. 그리고 단계 S320 내지 단계 S340에서 프로세서는 각 복셀마다 상기 설정된 세포 존재 확률에 따라 세포의 배치 여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, 복셀에 세포가 존재할 확률을 1/10으로 설정한 경우, 단계 S320에서 프로세서는 복셀(vk')에 대해 세포존재확률에 따라 0~9 사이의 난수 M을 생성할 수 있다. 이때, 난수 M=0인 경우 해당 복셀(vk')에 세포가 존재하는 것으로 가정한다. 단계 S330에서 난수 M이 0이 아닌 경우(단계 S330의 'NO'), 프로세서는 변수 k'을 하나 증가시키고 단계 S310으로 이행한다. 그리고 단계 S310 내지 단계 S330을 반복실시할 수 있다. 반면, 단계 S330에서 난수 M이 0인 경우(단계 S330의 'YES'), 프로세서는 단계 S340으로 이행할 수 있다. 단계 S340에서 프로세서는 해당 복셀(vk')에 세포가 존재하는 것으로 처리하고, 배치된 세포의 특성값을 부여할 수 있다. 프로세서는 상기 세포의 특성값으로 세포의 크기, 모양 및 염색정도 중 적어도 하나를 부여할 수 있다.In step S310, the processor may set a probability that a cell exists in each voxel (v k' ). In steps S320 to S340, the processor may determine whether cells are arranged according to the set cell existence probability for each voxel. For example, when the probability of cell presence in a voxel is set to 1/10, the processor may generate a random number M between 0 and 9 for the voxel (v k' ) according to the probability of cell existence in step S320. In this case, when the random number M=0, it is assumed that a cell exists in the corresponding voxel (v k' ). If the random number M is not 0 in step S330 ('NO' in step S330), the processor increments the variable k' by one and proceeds to step S310. And steps S310 to S330 may be repeatedly performed. On the other hand, if the random number M is 0 in step S330 ('YES' in step S330), the processor may proceed to step S340. In step S340, the processor may process the cell as being present in the corresponding voxel (v k' ), and may assign a characteristic value of the arranged cell. The processor may assign at least one of the size, shape, and degree of staining of the cell as a characteristic value of the cell.
도 7은 복셀에 무작위 세포 배치에 대한 참고도이다.7 is a reference diagram for random cell arrangement in voxels.
도 7을 참고하면, 16개의 복셀이 되시되어 있고, 각 복셀마다 숫자가 채워진 것을 확인할 수 있다. 상기 숫자는 각 복셀에 대해 발생된 난수 M을 표시한 것으로서, 숫자 '0'이 표시된 곳에 세포가 존재할 수 있다.Referring to FIG. 7 , it can be seen that 16 voxels are displayed, and each voxel is filled with a number. The number represents the random number M generated for each voxel, and cells may exist where the number '0' is displayed.
한편, 오가노이드는 한 종류의 세포로만 이루어진 경우도 있지만, 2이상의 종류의 세포로 이루어진 경우도 있다. 가상 오가노이드 역시 2이상의 종류로 세포로 이루어진 것을 구현하기 위해, 프로세서는 단계 S310에서 각 복셀에 2이상의 세포 중 어느 하나의 세포만 존재하도록 확률을 설정할 수 있다. 예를 들어, 2종류의 세포로 이루어진 가상 오가노이드를 생성할 때, 제1 세포의 존재 확률을 1/p, 제2 세포의 존재 확률을 1/q로 설정할 수 있다. 이 경우, 각 복셀은 제1 세포가 존재(1/p)하거나, 제2 세포가 존재(1/q)하거나, 세포가 존재하지 않거나(1-1/p-1/q) 3가지 경우가 가능하다.On the other hand, organoids may consist of only one type of cell, but may consist of two or more types of cells. In order to realize that the virtual organoid is also composed of two or more types of cells, the processor may set a probability so that only one of the two or more cells exists in each voxel in step S310. For example, when generating a virtual organoid composed of two types of cells, the existence probability of the first cell may be set to 1/p and the existence probability of the second cell to 1/q. In this case, each voxel has three cases: the first cell is present (1/p), the second cell is present (1/q), or the cell is not present (1-1/p-1/q). It is possible.
단계 S350에서 프로세서는 모든 복셀에 대해서 세포 배치 여부가 결정되었는지 판단하고 단계 S310 내지 단계 S340을 반복실시할 수 있다. 그리고 모든 복셀에 대해서 세포 배치 여부가 완료될 때, 가상 오가노이드의 생성이 완료될 수 있다.In step S350, the processor may determine whether cell arrangement is determined for all voxels, and may repeat steps S310 to S340. In addition, when cell arrangement is completed for all voxels, creation of virtual organoids may be completed.
<가상 오가노이드를 이용한 촬영 이미지 데이터 생성 방법><Method of generating image data using virtual organoid>
도 8은 본 명세서에 따른 가상 오가노이드를 이용한 촬영 이미지 데이터 생성 방법의 흐름도이다.8 is a flowchart of a method for generating captured image data using virtual organoids according to the present specification.
본 명세서에 따른 가상 오가노이드를 이용한 촬영 이미지 데이터 생성 방법은, 앞서 설명한 가상 오가노이드 생성 방법과 마찬가지로, 컴퓨터에서 실행될 수 있는 컴퓨터 프로그램의 형태로 구현될 수 있다. 따라서, 이하 본 명세서에 따른 가상 오가노이드를 이용한 촬영 이미지 데이터 생성 방법을 설명함에 있어서 각 단계의 처리, 계산, 출력 및 다양한 로직은 본 발명이 속한 기술분야에 알려진 프로세서(processor)에 의해 실행되는 것으로 설명하겠다.The method of generating captured image data using virtual organoids according to the present specification, like the method of generating virtual organoids described above, may be implemented in the form of a computer program that can be executed on a computer. Therefore, in the following description of the method for generating captured image data using virtual organoids according to the present specification, the processing, calculation, output, and various logics of each step are assumed to be executed by a processor known in the art to which the present invention belongs. Let me explain.
도 8을 참조하면, 단계 S400에서 프로세서는 가상의 3차원 공간 내 광원의 위치를 설정할 수 있다. 상기 광원의 밝기, 색상 등 특성값은 실제 촬영 환경 또는 오가노이드의 특성을 등을 반영하여 다양하게 설정할 수 있다. 광원의 특성이 다양할 수록 최종적으로 생성될 이미지 데이터의 다양성도 증가할 수 있다.Referring to FIG. 8 , in step S400, the processor may set a position of a light source in a virtual 3D space. Characteristic values such as brightness and color of the light source may be variously set by reflecting the actual photographing environment or the characteristics of organoids. As the characteristics of the light source become more diverse, the diversity of finally generated image data may also increase.
바람직하게, 프로세서는 상기 광원이 가상 오가노이드의 중심 영역으로부터 Z축 방향으로 상단부에 위치하도록 설정할 수 있다. 실제 오가노이드를 촬영할 때, 카메라가 배양 플레이트에 놓인 오가노이드를 수직 위 방향에서 아래를 향하여 촬영하는 환경을 고려한 것이다. 한편, 본 명세서에서 Z축이란, 서로 직교하는 X축, Y축, Z축 중 가로 및 세로 방향인 X축과 Y축을 제외한 수직 방향과 나란한 좌표축을 의미한다.Preferably, the processor may set the light source to be located at an upper end in the Z-axis direction from the central region of the virtual organoid. When photographing actual organoids, an environment in which the camera photographs the organoids placed on the culture plate from vertically upward to downward is taken into consideration. Meanwhile, in the present specification, the Z-axis refers to a coordinate axis parallel to a vertical direction excluding the X-axis and Y-axis, which are horizontal and vertical directions among the X-axis, Y-axis, and Z-axis orthogonal to each other.
다음 단계 S410에서 프로세서는 가상의 3차원 공간 내 초점 평면(focal plane)을 설정할 수 있다. 상기 초점 평면은 카메라의 초점 거리에 대응하는 개념이다. 실제 오가노이드를 촬영할 때, 카메라의 초점 거리에 따라 선명하게 촬영되는 세포와 흐르기 촬영되는 세포가 존재할 수 있다. 동일한 가상 오가노이드에 대해서 초점 평면이 다양할 수록 최종적으로 생성될 이미지 데이터의 다양성도 증가할 수 있다.In the next step S410, the processor may set a focal plane in a virtual 3D space. The focal plane is a concept corresponding to the focal length of the camera. When photographing an actual organoid, there may be cells that are clearly photographed and cells that are photographed in flow depending on the focal length of the camera. For the same virtual organoid, the more diverse the focal plane, the greater the diversity of image data to be finally generated.
바람직하게, 상기 프로세서는 가상 오가노이드의 경계면 내에 초점 평면이 위치하도록 설정할 수 있다. 초점 평면이 가상 오가노이드의 경계면보다 외부에 존재할 경우, 실제 오가노이드를 촬영할 때 모든 세포가 흐리게 촬영되는 환경을 가정한 것이다. 따라서 오가노이드 내 어떤 세포는 선명하게 촬영되고 어떤 세포는 흐리게 촬영될 수 있는 환경을 가정하여, 초점 평면은 가상 오가노이드의 경계면 내에 설정되는 것이 바람직하다.Preferably, the processor may set the focal plane to be located within the boundary surface of the virtual organoid. When the focal plane exists outside the boundary of the virtual organoid, an environment in which all cells are blurred when imaging the actual organoid is assumed. Therefore, it is preferable to set the focal plane within the boundary of the virtual organoid, assuming an environment in which some cells in the organoid can be clearly imaged and some cells blurred.
나아가, 프로세서는 초점 평면의 법선이 가상의 3차원 공간의 Z축과 평행하도록 설정할 수 있다. 이 역시, 실제 오가노이드를 촬영할 때 카메라가 배양 플레이트에 놓인 오가노이드를 수직 위 방향에서 아래를 향하여 촬영하는 환경을 고려한 것이다. 다만, 본 명세서에 따른 가상 오가노이드를 이용한 촬영 이미지 데이터 생성 방법이 반드시 수직 방향 촬영에 제한되는 것은 아니며, 초점 평면의 법선이 Z축에 대해서 기울어진 것도 가능하다.Furthermore, the processor may set the normal of the focal plane to be parallel to the Z-axis of the virtual 3D space. This also takes into account the environment in which the camera shoots the organoids placed on the culture plate from the top to the bottom when actual organoids are photographed. However, the method for generating image data using virtual organoids according to the present specification is not necessarily limited to vertical shooting, and the normal line of the focal plane may be tilted with respect to the Z axis.
다음 단계 S420에서 변수 k''을 설정하고, 초기값으로 "k''=0"을 입력할 수 있다. 상기 변수 k''는 가상 오가노이드 내 모든 세포(Sk'')에 대해서 연산을 수행하기 위한 변수이다.In the next step S420, the variable k'' may be set, and "k''=0" may be input as an initial value. The variable k″ is a variable for performing calculations on all cells (S k″ ) in the virtual organoid.
단계 S430에서 프로세서는 가상 오가노이드 내 각 세포의 밝기 및 선명도를 상기 광원의 위치와 초점 평면의 위치를 고려하여 산출할 수 있다.In step S430, the processor may calculate the brightness and sharpness of each cell in the virtual organoid in consideration of the position of the light source and the position of the focal plane.
도 9는 세포의 밝기 및 선명도 산출의 참고도이다.9 is a reference diagram for calculating brightness and sharpness of cells.
도 9를 참조하면, 가상 공간 내 배치된 3개의 세포(S1, S2, S3), 광원, 초점 평면을 확인할 수 있다. 그리고 초점 평면은 세포 S2에 맞춰진 상태이다. 프로세서는 각 세포의 밝기를 광원과 각 세포 사이의 거리 제곱에 반비례(1/DL 2)하게 산출할 수 있다. 프로세서는 각 세포의 선명도를 초점 평면과 각 세포 사이의 거리 제곱에 반비례(1/DF 2)하게 산출할 수 있다. 나아가, 프로세서는 세포의 밝기 및 선명도를 산출할 때 세포의 염색정도를 더 고려하여 산출할 수 있다. 상기 내용을 수식으로 표현하면 아래와 같다.Referring to FIG. 9 , three cells (S 1 , S 2 , and S 3 ) disposed in the virtual space, a light source, and a focal plane can be confirmed. And the focal plane is aligned with the cell S 2 . The processor may calculate the brightness of each cell in inverse proportion to the square of the distance between the light source and each cell (1/D L 2 ). The processor may calculate the sharpness of each cell in inverse proportion to the square of the distance between the focal plane and each cell (1/D F 2 ). Furthermore, the processor may calculate the brightness and sharpness of the cells by further considering the degree of staining of the cells. If the above content is expressed as a formula, it is as follows.
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단계 S440에서 프로세서는 모든 세포(Sk'')에 대해서 밝기 및 선명도 산출이 완료되었는 판단할 수 있다. 만약 모든 세포에 대해서 산출이 완료되지 않은 경우(S440의 'NO'), 단계 S430 및 S440은 반복 실행될 수 있다. 반면, 모든 세포에 대해서 산출이 완료된 경우(S440의 'YES'), 단계 S450으로 이행할 수 있다.In step S440, the processor may determine that brightness and sharpness calculation is completed for all cells (S k″ ). If calculation is not completed for all cells ('NO' in S440), steps S430 and S440 may be repeatedly executed. On the other hand, when the calculation is completed for all cells ('YES' in S440), it is possible to proceed to step S450.
단계 S450에서 프로세서는 산출된 세포의 밝기 및 선명도가 반영된 가상 오가노이드의 촬영 이미지 데이터를 생성할 수 있다.In step S450, the processor may generate captured image data of the virtual organoid reflecting the calculated brightness and sharpness of the cells.
도 10은 가상 오가노이드의 촬영 이미지의 예시이다.10 is an example of a photographed image of a virtual organoid.
도 10을 참조하면, 도 9에 도시된 개의 세포(S1, S2, S3)가 광원 및 초점 평면 사이의 거리에 따라 밝기 및 선명도가 서로 다르게 표현된 이미지를 확인할 수 있다.Referring to FIG. 10 , it is possible to see an image in which the brightness and sharpness of the cells S 1 , S 2 , and S 3 shown in FIG. 9 are expressed differently depending on the distance between the light source and the focal plane.
도 11은 가상 오가노이드의 촬영 이미지의 다른 예시이다.11 is another example of a captured image of a virtual organoid.
도 11을 참조하면, 내부에 빈 공간이 형성되어 있으면, 경계 영역에 배치된 다양한 세포들이 밝기 및 선명도에 따라 생성된 이미지를 확인할 수 잇다. 즉, 본 명세서에 따른 가상 오가노이드를 이용한 촬영 이미지 데이터 생성 방법은 실제 오가노이드를 촬영한 것과 같은 효과를 가질 수 있는 이미지 데이터를 생성할 수 있다.Referring to FIG. 11 , when an empty space is formed therein, it is possible to check an image generated by various cells disposed in the boundary area according to brightness and sharpness. That is, the method for generating image data using a virtual organoid according to the present specification can generate image data that can have the same effect as capturing an actual organoid.
이상, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 명세서의 실시예를 설명하였지만, 본 명세서가 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 제한적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. Although the embodiments of the present specification have been described with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art to which the present specification pertains can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. you will be able to understand Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.
상기 설명한 프로그램은, 상기 컴퓨터가 프로그램을 읽어 들여 프로그램으로 구현된 상기 방법들을 실행시키기 위하여, 상기 컴퓨터의 프로세서(CPU)가 상기 컴퓨터의 장치 인터페이스를 통해 읽힐 수 있는 C/C++, C#, JAVA, Python, 기계어 등의 컴퓨터 언어로 코드화된 코드(Code)를 포함할 수 있다. 이러한 코드는 상기 방법들을 실행하는 필요한 기능들을 정의한 함수 등과 관련된 기능적인 코드(Functional Code)를 포함할 수 있고, 상기 기능들을 상기 컴퓨터의 프로세서가 소정의 절차대로 실행시키는데 필요한 실행 절차 관련 제어 코드를 포함할 수 있다. 또한, 이러한 코드는 상기 기능들을 상기 컴퓨터의 프로세서가 실행시키는데 필요한 추가 정보나 미디어가 상기 컴퓨터의 내부 또는 외부 메모리의 어느 위치(주소 번지)에서 참조되어야 하는지에 대한 메모리 참조관련 코드를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 컴퓨터의 프로세서가 상기 기능들을 실행시키기 위하여 원격(Remote)에 있는 어떠한 다른 컴퓨터나 서버 등과 통신이 필요한 경우, 코드는 상기 컴퓨터의 통신 모듈을 이용하여 원격에 있는 어떠한 다른 컴퓨터나 서버 등과 어떻게 통신해야 하는지, 통신 시 어떠한 정보나 미디어를 송수신해야 하는지 등에 대한 통신 관련 코드를 더 포함할 수 있다.The above-described program is C / C ++, C #, JAVA, Python, which can be read by a processor (CPU) of the computer through a device interface of the computer so that the computer reads the program and executes the methods implemented in the program. , and may include codes coded in computer languages such as machine language. These codes may include functional codes related to functions defining necessary functions for executing the methods, and include control codes related to execution procedures necessary for the processor of the computer to execute the functions according to a predetermined procedure. can do. In addition, these codes may further include memory reference related codes for which location (address address) of the computer's internal or external memory should be referenced for additional information or media required for the computer's processor to execute the functions. there is. In addition, when the processor of the computer needs to communicate with any other remote computer or server in order to execute the functions, the code uses the computer's communication module to determine how to communicate with any other remote computer or server. It may further include communication-related codes for whether to communicate, what kind of information or media to transmit/receive during communication, and the like.
상기 저장되는 매체는, 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 구체적으로는, 상기 저장되는 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있지만, 이에 제한되지 않는다. 즉, 상기 프로그램은 상기 컴퓨터가 접속할 수 있는 다양한 서버 상의 다양한 기록매체 또는 사용자의 상기 컴퓨터상의 다양한 기록매체에 저장될 수 있다. 또한, 상기 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장될 수 있다.The storage medium is not a medium that stores data for a short moment, such as a register, cache, or memory, but a medium that stores data semi-permanently and is readable by a device. Specifically, examples of the storage medium include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage device, etc., but are not limited thereto. That is, the program may be stored in various recording media on various servers accessible by the computer or various recording media on the user's computer. In addition, the medium may be distributed to computer systems connected through a network, and computer readable codes may be stored in a distributed manner.

Claims (10)

  1. 가상의 3차원 공간 내에 오가노이드를 생성하는 방법으로서, 프로세서가As a method of generating organoids in a virtual three-dimensional space, a processor
    (a) 난수를 발생시키고, 발생된 난수에 따른 개수만큼의 단위 타원체를 생성하는 단계;(a) generating a random number and generating as many unit ellipsoids according to the generated random number;
    (b) 상기 (a) 단계에서 생성된 각 단위 타원체의 중심점을 3차원 공간 내 임의의 좌표를 설정하여 배치시키는 단계;(b) setting and arranging the center point of each unit ellipsoid generated in step (a) at arbitrary coordinates in a three-dimensional space;
    (c) 중심점이 각 단위 타원체 내부에 존재하는 공동 타원체를 단위 타원체의 개수만큼 생성하는 단계;(c) generating as many cavity ellipsoids as the number of unit ellipsoids whose center points exist inside each unit ellipsoid;
    (d) 상기 단위 타원체의 집합에서 상기 공동 타원체의 집합을 제거하여 덩어리 데이터를 생성하는 단계;(d) generating lump data by removing the set of common ellipsoids from the set of unit ellipsoids;
    (e) 상기 덩어리 데이터를 미리 설정된 해상도에 따라 복셀 데이터로 변환하는 단계; 및(e) converting the chunk data into voxel data according to a preset resolution; and
    (f) 상기 복셀에 대하여 무작위로 세포를 배치하는 단계;를 포함하는 가상 오가노이드 생성 방법.(f) randomly arranging cells with respect to the voxel;
  2. 청구항 1에 있어서,The method of claim 1,
    상기 (a) 단계는 각 단위 타원체의 중심점을 원점으로 서로 직교하는 3축에 대한 지름의 길이 및 회전각을 난수를 통해 생성하는 단계인 가상 오가노이드 생성 방법.The step (a) is a step of generating a diameter length and a rotation angle with respect to three axes orthogonal to each other with the center point of each unit ellipsoid as the origin using random numbers.
  3. 청구항 1에 있어서,The method of claim 1,
    상기 (b) 단계는 각 단위 타원체의 경계가 가상의 3차원 공간 내에 존재하도록 중심점을 배치시키는 단계인 가상 오가노이드 생성 방법.The step (b) is a step of arranging the center point so that the boundary of each unit ellipsoid exists in a virtual three-dimensional space.
  4. 청구항 1에 있어서,The method of claim 1,
    상기 (c) 단계는 각 공동 타원체의 중심점을 원점으로 서로 직교하는 3축에 대한 지름의 길이 및 회전각을 난수를 통해 생성하는 단계인 가상 오가노이드 생성 방법.The step (c) is a step of generating a diameter length and a rotation angle with respect to three axes orthogonal to each other with the center point of each cavity ellipsoid as the origin using random numbers.
  5. 청구항 1에 있어서,The method of claim 1,
    상기 (f) 단계는 The step (f) is
    (f-1) 각 복셀에 세포가 존재할 확률을 설정하는 단계; 및(f-1) setting a probability that a cell exists in each voxel; and
    (f-2) 각 복셀마다 상기 설정된 세포 존재 확률에 따라 세포의 배치 여부를 결정하는 단계;를 포함하는 가상 오가노이드 생성 방법.(f-2) determining whether to place cells according to the set cell existence probability for each voxel;
  6. 청구항 5에 있어서,The method of claim 5,
    서로 다른 2이상의 세포가 존재할 때When there are two or more different cells
    상기 (f-1) 단계는 각 복셀에 2이상의 세포 중 어느 하나의 세포만 존재하도록 확률을 설정하는 단계인 가상 오가노이드 생성 방법.The step (f-1) is a step of setting a probability so that only one cell among two or more cells exists in each voxel.
  7. 청구항 1에 있어서,The method of claim 1,
    (g) 배치된 세포의 특성값을 부여하는 단계;를 더 포함하는 가상 오가노이드 생성 방법.The virtual organoid generation method further comprising: (g) assigning characteristic values to the arranged cells.
  8. 청구항 7에 있어서,The method of claim 7,
    상기 (g) 단계는 세포의 크기, 모양 및 염색정도 중 적어도 하나의 특성값을 부여하는 단계인 가상 오가노이드 생성 방법.Wherein step (g) is a step of assigning at least one characteristic value among cell size, shape, and degree of staining to the virtual organoid.
  9. 컴퓨터에서 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 청구항에 따른 가상 오가노이드 생성 방법의 각 단계들을 수행하도록 작성되어 컴퓨터로 독출 가능한 기록 매체에 기록된 컴퓨터프로그램.A computer program written in a computer to perform each step of the virtual organoid generation method according to any one of claims 1 to 8 and recorded on a computer-readable recording medium.
  10. 가상의 3차원 공간 내에 오가노이드를 생성하는 장치로서,A device for generating organoids in a virtual three-dimensional space,
    난수를 발생시키고, 발생된 난수에 따른 개수만큼의 단위 타원체를 생성하고, 생성된 각 단위 타원체의 중심점을 3차원 공간 내 임의의 좌표를 설정하여 배치시키고, 중심점이 각 단위 타원체 내부에 존재하는 공동 타원체를 단위 타원체의 개수만큼 생성하고, 상기 단위 타원체의 집합에서 상기 공동 타원체의 집합을 제거하여 덩어리 데이터를 생성하고, 상기 덩어리 데이터를 미리 설정된 해상도에 따라 복셀 데이터로 변환하며, 상기 복셀에 대하여 무작위로 세포를 배치하는 프로세서;를 포함하는 가상 오가노이드 생성 장치.A random number is generated, as many unit ellipsoids as the number according to the generated random number are generated, the center point of each generated unit ellipsoid is set and arranged at an arbitrary coordinate in the 3D space, and the center point is located inside each unit ellipsoid. As many ellipsoids as the number of unit ellipsoids are generated, a set of joint ellipsoids is removed from a set of unit ellipsoids to generate chunk data, the chunk data is converted into voxel data according to a preset resolution, and the voxels are randomly selected. A virtual organoid generating device comprising a; processor for disposing the cells into;
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